Anàlisi dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcida ...
1
I. Compte, E. Giménez, J. Barbosa, V. Sanz-Nebot Departament d’Enginyeria Química i Química Analítica, Universitat de Barcelona Introducció La glicosilació és una modificació post-traduccional (PTM) de les proteïnes que juga un paper fonamental en molts processos biològics. L’alteració de l’estructura o de la composició dels glicans units a la cadena peptídica sovint està relacionada amb l’aparició de diverses patologies, entre d’altres el càncer. Per aquest motiu, la correcta caracterització dels glicans d’una glicoproteïna esdevé de gran importància per avaluar la seva utilitat com a possibles biomarcadors [1]. En aquest treball s’ha optimitzat una metodologia analítica µZIC-HILIC- TOF-MS, desenvolupada prèviament en el nostre grup de recerca, per a la caracterització dels isòmers dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcida humana (AGP), actualment estudiada com a biomarcador potencial del càncer de pàncrees [2 i 3]. S’ha avaluat una columna ZIC-cHILIC, amb diferent selectivitat, per tal de millorar la separació dels isòmers dels glicans i s’ha modificat el procediment de purificació dels glicans, emprant microplaques d’elució amb rebliment HILIC, amb l’objectiu d’augmentar el senyal de les mostres i aconseguir millores en els límits de detecció que permetin l’aplicació del mètode a mostres biològiques. Exemple de dos N-glicans units a una proteïna Anàlisi dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcida humana. Optimització de l’extracció i separació dels glicans per μZIC-cHILIC-ESI-TOF-MS Referències [1] Varki, A., Kannagi, R., & Toole, B. P. (2009). Essentials of Glycobiology . Chapter 44. [2] Giménez, E., Balmaña, M., Figueras, J., Fort, E., Bolós, C. De, Sanz-Nebot, V., Rizzi, A. (2015). Analytica Chimica Acta , 866 , 59–68. [3] Mancera-Arteu M., Giménez, E., Barbosa, J., Sanz-Nebot, V., (2016). Analytica Chimica Acta, Enviat . Tractament de mostra PGC (Hypercarb) 10 μg 4 μg 2 μg HILIC μElution Plate 10 μg 4 μg 2 μg Avaluació dels mètodes de purificació μElution Plate, Waters Conclusions S’han optimitzat les condicions de separació dels N-glicans de l’AGP , optimitzant el pH i la força iònica de la fase mòbil. La columna ZIC-cHILIC permet separar millor els glicans minoritaris. La millora de la sensibilitat obtinguda mitjançant la microplaca d’elució amb rebliment HILIC ha comportat disminuir els límits de detecció dels N-glicans dels digestos. El mètode permetrà analitzar mostres biològiques així com altres glicoproteïnes amb menor percentatge de glicosilació. 19 20 21 22 23 24 0.75 0.25 0.5 1 0 x10 5 Temps (min) Intensitat 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA 19 20 21 22 23 24 0.75 0.25 0.5 1 0 x10 5 Temps (min) Intensitat 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA (Mostra: s’han escollit 2 μg de AGP ja que és una concentració propera al límit de detecció (LOD). S’ha digerit amb PNGase F i injectada a una concentració de 12,5 pmol/μL amb les condicions cromatogràfiques optimitzades) Rebliment PGC Rebliment HILIC Separació i caracterització dels glicans 4 S’afegeix als glicans secs 10 μL d’una solució de 0.35 M d’anilina- 12 C 6 i 1 M NaCNBH 3 en DMSO al 30 % d’àcid acètic. 3 Marcatge isotòpic NH 2 ‒ Glicà marcat amb Anilina- 12 C 6 Els glicans són separats per cromatografia de líquids capil·lar d’interacció hidrofílica zwitteriònica (ZIC-cHILIC). Fase estacionària ZIC-cHILIC Els glicans són analitzats per espectrometria de masses Els digestos es purifiquen emprant dos mètodes diferents: Purificació dels glicans A) Mètode PGC B) Mètode HILIC Cartutxos d’extracció en fase sòlida (SPE) HYPERCARB, Thermo. (Rebliment de Porous Graphite Carbon, PCG) Elució amb aigua al 60 % de ACN i al 0.1 % d’àcid fòrmic 2 Microplaca d’elució, Waters. (Rebliment HILIC) Elució amb Tris-citrat sòdic 1mM ✓ Poca quantitat de mostra ✓ Procés més ràpid Digestió amb PNGase F Les mostres es redueixen en una solució 50 mM de Na 3 PO 4 al 0,5 % de SDS i β-ME, es porten a ebullició durant 30 min. S’afegeix el reactiu NP-40 per preservar l’activitat de l’enzim i 1 U de PNGase F. 1 Glicoproteïna intacta S’incuben a 70 ºC durant 2 h. Optimització de la separació de N-glicans Optimització del pH de la fase mòbil 0 0.5 1 1.5 23 24 25 26 27 28 29 x10 5 Temps (min) Intensitat 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA Temps (min) 0 23 24 25 26 27 28 29 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA 0.5 1 1.5 x10 5 Intensitat 0 0.5 1 1.5 33 34 35 36 37 38 39 x10 5 Temps (min) Intensitat 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA (Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i injectada amb la columna ZIC-cHILIC a una concentració de 12,5 pmol/μL) Canvis en el pH de la fase mòbil no milloren la separació i la intensitat dels glicans es veu reduïda. Fase mòbil seleccionada amb el pH sense ajustar. pH = 3 pH = no ajustat pH = 8 Optimització de la força iònica x10 8 10 12 14 16 18 20 1.0 0.5 0.75 0.25 0 Temps (min) Intensitat 1.0 0.5 0.75 0.25 0 Intensitat 1.0 0.5 0.75 0.25 0 Intensitat x10 8 x10 8 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA 20 22 24 26 28 30 Temps (min) 32 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA 20 22 24 26 28 30 Temps (min) 32 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA (Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i injectada amb la columna ZIC-cHILIC a una concentració de 12,5 pmol/μL) Com menys força iònica, més intensos i definits es veuen els glicans. Fase mòbil seleccionada: 1 mM de NH 4 Ac amb el pH sense ajustar. 1 mM NH 4 Ac 5 mM NH 4 Ac 10 mM NH 4 Ac Intensitat 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA x10 5 2 3 4 1 Temps (min) 0 16 17 18 19 20 21 4Ant4SiA 4Ant4SiA1Fuc 3Ant3SiA1Fuc 4Ant3SiA1Fuc 20 21 22 23 24 x10 5 Intensitat 2 3 4 1 Temps (min) 0 3Ant3SiA 2Ant2SiA 3Ant2SiA 4Ant4SiA1Fuc 4Ant4SiA 3Ant3SiA1Fuc 4Ant3SiA1Fuc ZIC-HILIC ZIC-cHILIC Optimització de la columna cromatogràfica Glicà 2Ant2SiA 2Ant2SiA1Fuc 3Ant3SiA 3Ant3SiA1Fuc 3Ant2SiA 4Ant4SiA 4Ant4SiA1Fuc 4Ant3SiA1Fuc 2µg PGC 2µg HILIC Amb quantitats de proteïna properes al límit de detecció (2 μg), alguns glicans minoritaris purificats amb PGC no s’observen, però sí que s’observen amb la purificació realitzada amb la microplaca HILIC. Resultats i discussió S’observa que els glicans minoritaris es troben més ben separats utilitzant la columna ZIC-cHILIC. L’ordre d’elució varia entre les dues columnes degut al canvi de la càrrega dels zwitterions en la fase estacionària. (Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i ajustada a una concentració de 12,5 pmol/μL) Glicans i proteïna intacta PNGase F 3 x10 0 0.5 1 1.5 984.6654 985.0017 984.3300 985.3337 985.6686 Relació Massa/Càrrega (m/z) 984 985 986 987 Intensitat
Transcript of Anàlisi dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcida ...
I. Compte, E. Giménez, J. Barbosa, V. Sanz-NebotDepartament d’Enginyeria Química i Química Analítica, Universitat de Barcelona
IntroduccióLa glicosilació és una modificació post-traduccional (PTM) de lesproteïnes que juga un paper fonamental en molts processos biològics.L’alteració de l’estructura o de la composició dels glicans units a lacadena peptídica sovint està relacionada amb l’aparició de diversespatologies, entre d’altres el càncer.
Per aquest motiu, la correcta caracterització dels glicans d’unaglicoproteïna esdevé de gran importància per avaluar la seva utilitat coma possibles biomarcadors [1].
En aquest treball s’ha optimitzat una metodologia analítica µZIC-HILIC-TOF-MS, desenvolupada prèviament en el nostre grup de recerca, per ala caracterització dels isòmers dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcidahumana (AGP), actualment estudiada com a biomarcador potencial delcàncer de pàncrees [2 i 3]. S’ha avaluat una columna ZIC-cHILIC, ambdiferent selectivitat, per tal de millorar la separació dels isòmers delsglicans i s’ha modificat el procediment de purificació dels glicans,emprant microplaques d’elució amb rebliment HILIC, amb l’objectiud’augmentar el senyal de les mostres i aconseguir millores en els límitsde detecció que permetin l’aplicació del mètode a mostres biològiques.
Exemple de dos N-glicans units a una proteïna
Anàlisi dels glicans de l’alfa-1-glicoproteïna àcida humana. Optimització del’extracció i separació dels glicans per µZIC-cHILIC-ESI-TOF-MS
Referències[1] Varki, A., Kannagi, R., & Toole, B. P. (2009). Essentials of Glycobiology. Chapter 44.[2] Giménez, E., Balmaña, M., Figueras, J., Fort, E., Bolós, C. De, Sanz-Nebot, V., Rizzi, A. (2015). Analytica Chimica Acta, 866, 59–68.[3] Mancera-Arteu M., Giménez, E., Barbosa, J., Sanz-Nebot, V., (2016). Analytica Chimica Acta, Enviat.
Tractament de mostra
PGC (Hypercarb) 10 μg 4 μg 2 μg
HILIC μElution Plate 10 μg 4 μg 2 μg
Avaluació dels mètodes de purificació
μElution Plate, Waters
ConclusionsS’han optimitzat les condicions de separació dels N-glicans de l’AGP, optimitzant el pHi la força iònica de la fase mòbil. La columna ZIC-cHILIC permet separar millor elsglicans minoritaris.La millora de la sensibilitat obtinguda mitjançant la microplaca d’elució amb reblimentHILIC ha comportat disminuir els límits de detecció dels N-glicans dels digestos.El mètode permetrà analitzar mostres biològiques així com altres glicoproteïnes amb menor percentatge de glicosilació.
19 20 21 22 23 24
0.75
0.25
0.5
1
0
x105
Temps (min)
Inte
nsita
t
3Ant3SiA 2Ant2SiA
3Ant2SiA
19 20 21 22 23 24
0.75
0.25
0.5
1
0
x105
Temps (min)
Inte
nsita
t
3Ant3SiA
2Ant2SiA
3Ant2SiA
(Mostra: s’han escollit 2 μg de AGP ja que és una concentració propera al límit de detecció (LOD). S’ha digerit amb PNGase F i injectada a una concentració de 12,5 pmol/μL amb les condicions cromatogràfiques optimitzades)
Rebliment PGC Rebliment HILIC
Separació i caracterització dels glicans
4
S’afegeix als glicanssecs 10 μL d’unasolució de 0.35 Md’anilina-12C6 i 1 MNaCNBH3 en DMSOal 30 % d’àcid acètic.
3 Marcatge isotòpic
NH2‒
Glicà marcat amb Anilina-12C6
Els glicans són separats per cromatografiade líquids capil·lar d’interacció hidrofílicazwitteriònica (ZIC-cHILIC).
Fase estacionàriaZIC-cHILIC
Els glicans sónanalitzats perespectrometriade masses
Els digestos es purifiquen emprant dos mètodes diferents:
Purificació dels glicans
A) Mètode PGC B) Mètode HILIC
Cartutxos d’extraccióen fase sòlida (SPE)HYPERCARB, Thermo.(Rebliment de PorousGraphite Carbon, PCG)
Elució amb aigua al 60% de ACN i al 0.1 %d’àcid fòrmic
2
Microplaca d’elució, Waters.(Rebliment HILIC)Elució amb Tris-citrat sòdic 1mM
✓ Poca quantitat de mostra✓ Procés més ràpid
Digestió amb PNGase F
Les mostres es redueixenen una solució 50 mM deNa3PO4 al 0,5 % de SDS iβ-ME, es porten a ebulliciódurant 30 min.
S’afegeix el reactiu NP-40per preservar l’activitat del’enzim i 1 U de PNGase F.
1
Glicoproteïnaintacta
S’incuben a 70 ºCdurant 2 h.
Optimització de la separació de N-glicans
Optimització del pH de la fase mòbil
0
0.5
1
1.5
23 24 25 26 27 28 29
x105
Temps (min)
Inte
nsita
t
3Ant3SiA2Ant2SiA
3Ant2SiA
Temps (min)
023 24 25 26 27 28 29
3Ant3SiA 2Ant2SiA
3Ant2SiA0.5
1
1.5
x105
Inte
nsita
t
0
0.5
1
1.5
33 34 35 36 37 38 39
x105
Temps (min)
Inte
nsita
t
3Ant3SiA2Ant2SiA
3Ant2SiA
(Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i injectada amb la columna ZIC-cHILIC a una concentració de 12,5 pmol/μL)
Canvis en el pH de la fase mòbil no milloren la separació i la intensitat dels glicans es veu reduïda.Fase mòbil seleccionada amb el pH sense ajustar.
pH = 3 pH = no ajustat pH = 8
Optimització de la força iònicax108
10 12 14 16 18 20
1.0
0.5
0.75
0.25
0
Temps (min)
Inte
nsita
t
1.0
0.5
0.75
0.25
0
Inte
nsita
t
1.0
0.5
0.75
0.25
0
Inte
nsita
t
x108 x108
3Ant3SiA
2Ant2SiA
3Ant2SiA
20 22 24 26 28 30Temps (min)
32
3Ant3SiA
2Ant2SiA 3Ant2SiA
20 22 24 26 28 30Temps (min)
32
3Ant3SiA
2Ant2SiA 3Ant2SiA
(Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i injectada amb la columna ZIC-cHILIC a una concentració de 12,5 pmol/μL)
Com menys força iònica, més intensos i definits es veuen els glicans.Fase mòbil seleccionada: 1 mM de NH4Ac amb el pH sense ajustar.
1 mM NH4Ac 5 mM NH4Ac 10 mM NH4Ac
Inte
nsita
t
3Ant3SiA
2Ant2SiA
3Ant2SiA
x105
2
3
4
1
Temps (min)
016 17 18 19 20 21
4Ant4SiA
4Ant4SiA1Fuc3Ant3SiA1Fuc
4Ant3SiA1Fuc
20 21 22 23 24
x105
Inte
nsita
t
2
3
4
1
Temps (min)
0
3Ant3SiA
2Ant2SiA
3Ant2SiA
4Ant4SiA1Fuc
4Ant4SiA
3Ant3SiA1Fuc
4Ant3SiA1Fuc
ZIC-HILIC ZIC-cHILIC
Optimització de la columna cromatogràfica
Glicà2Ant2SiA 2Ant2SiA1Fuc 3Ant3SiA 3Ant3SiA1Fuc 3Ant2SiA 4Ant4SiA 4Ant4SiA1Fuc 4Ant3SiA1Fuc
2µg PGC2µg
HILIC
Amb quantitats de proteïna properes al límit de detecció (2 μg), alguns glicans minoritaris purificats amb PGCno s’observen, però sí que s’observen amb la purificació realitzada amb la microplaca HILIC.
Resultats i discussió
S’observa que els glicansminoritaris es troben més benseparats utilitzant la columnaZIC-cHILIC.
L’ordre d’elució varia entre les dues columnes degut al canvide la càrrega dels zwitterionsen la fase estacionària.
(Mostra: 25 μg de AGP digerida, digerida amb PNGase F i ajustada a una concentració
de 12,5 pmol/μL)
Glicans i proteïnaintacta
PNGase F
3x10
0
0.5
1
1.5984.6654
985.0017984.3300
985.3337
985.6686
Relació Massa/Càrrega (m/z)984 985 986 987
Inte
nsita
t
